Способ определения характеристик фазометров и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК G01R25/04 

Изобретение относится к радиотехнике, в частности для поверки высокочастотных фазометров. Цель изобретения - повышение точности и расширение частотного диапазона измерения характеристик фазометров.

На фиг.1 приведена схема устройства; на фиг.2-4 - диаграммы, иллюстрирующие работу устройства.

Устройство содержит генератор 1 сигнала, излучающую антенну 2, линии 3 и 4 передачи, приемные антенны 5 и 6 и фазометр 7 с входом антенны 6. Генератор 1 соединен с входом излучающей антенны 2, которая через линии 3 и 4 передачи, образованные естественной или искусственной средой, передает сигналы на приемные антенны 5 и 6, выходы которых соединены i соответствующими входами фазометра 7,

На фиг.2 и 3 показаны точка расположе ния излучающей антенны 2, естественные или искусственные линии 3 и 4 передачи точки расположения приемных антенн 5 и 6 точка 7 - место расположения фазометра эквифазные линии 8-17,

На фиг.4 - на координатной плоскости XQY размещены точки В (хь, уь) А (з, Ь) и С (с, d), где Хь, Yt. а, Ь, с, d - координаты этих точек. В точке X размещена передающая антенна 2, в точках А и С - приемные антен- и 6. Фазометр 7 размещен в начале координат Хь 0, Уь 0. Отрезки ВА и ВС соответствуют линиям передачи 3 и 4.

00

со

о

4

NO

О

Сущность способа в следующем. С помощью генерглооа 1 генерируют сигнал Р.НДЗ

где А - омплитудз;

. б - циклическая частота: t - время;

) - начальная фззз сигнала. Сигнал (1) с помощью антенны 2 разветвляют на первый и второй сигналы

(2)

(3)

где As /i о;)г , Аг и САК амплитуды и начальный ,Ь. зз :-о соотсетс ; сенного первого и второго раззетвпенчыл сигналов. Предположим, «то А - Л;; и tool Ф02 ..

3;jfi;M зги алы подают на соответствующая линяй iuip-здзчй ЗА Благодаря этому осуществляется за/шржкя сигналов соотеетотзеино на вр1 г-ленньг« шп ерззлы Л и , С учето. гшомзнных задержек сиг- НРЛЫ ммй-ют аид:

01 ---- AI COS ( О; i -г Г//Г1 - )

Ai cos ИУТ -rwi) (4)

е. -- АЗ cos (о; t о.; гг -Ь yts ) -, V. cos (an )(5)

где (р --шг-i -f ftii , 5 (S) Фазовый -.е кдусмгналам л{4)и{5) ( - ()

Его изг ерпют с помощью фазометра 7. Далее сравнивают с i3necTi;tJM, наперед задами ым, сдвигом фаз р м по различию между ними определяют фазовую характе- ристику фазометра

Известный фазовый сдвиг задают с помощью линий 3 и 4 и передачи,

Пусть линии 3 и 4 передачи имеют такие длины, что разность между ними Li - L.. Знал разность хода сигналов А, можно записать фйзовый сдвиг между ними как

5

0

0

5

0

5

п

5

где А- длина полны о линиях 3, 4 п.зредзчи.

Если изменять координаты антенны 2 так, что Li всегда больше 1.2, то .р будет всегда Гзольше 0.

Если изменять координаты антенны 2 так, что Li может быть и больше и меньше L.2, то (V будет принимать как положительные значения, так и отрицательные.

Задавая точно величину Д и зная длину волны А сигнала, можно точно задать фазовый сдвиг 95.

8 устройстве, реализующем способ, линии 3 и 4 передач выполнены в виде протяженных естественных или искусственных линий передач различной длины. Работа устройства состоит в следующем. Сигнал (1) фиксированной частоты с генератора 1 поступает на излучающую антенну 2. которая играет роль разветвителя и обеспечивает получение первого и второго сигналов (2)и(3).

0 Сигналы (2), (3)проходят а среде в общем случае различные по длине пути 3,4 и приобретают фазовый сдвиг, определяемый формулой (9). Далее сигналы поступают нз приемные антенны 5 и б с идентичными характеристиками, с которых сигналы подаются из фазометр 7, где индицируется фа- зозый сдвиг (9) между ними. По разности между индицируемым, и наперед заданным фазовыми сдвигами (3) определяют одно значение фазовой характеристики фазометра 7. По мере изменения положения излучающей антенны 2 можно получить множество TOMSK i для построения, характеристики Фазометра

.(«Sffl) ..(10)

При прохождении сигналами (2), (3) известной фиксированной частоты линий передачи 3 и 4, фиг.2, фиг.З, между ними возникает разность хода Z . Каждой разности пройденных путей однозначно соответствует определенный фазовый сдвиг (7). Если расстояние (АС) А (фиг.4). то кзждо- - му фазовому сдвигу соответствует множество значений Д.

Для того, чтобы фазовый сдвиг изменялся о пределах 0...2 я.(или ...ж ), необходимо значение Д изменять от 0 до Я (фиг.2) или от - А /2 до А /2 (фиг.З).

Действительно, из формулы (9) следует, что фазовый сдвиг изменяется

Изобретение может быть использовано в устройствах поверки высокочастотных фазометров. Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измерения характеристик фазометра, Способ определения характеристик СВЧ-фазометров состоит в том, что генерируют сигнал, разветвляют его на два сигнала, изменяют фазовый сдвиг между разветвленными сигналами на известное значение одновременным изменением начальных разветвленных сигналов путем синхронного измерения их временных задержек, измеряют фазовый сдвиг между разветвленными сигналами фазометром с последующим определением фазовой характеристики фазометра по разности его положений и известного значения фазового сдвига. Устройство для измерения характеристик фазометров содержит генератор сигнала, разветвитель в виде излучающей антенны, фазозадающий блок в виде линий передачи на основе естественной или искусственной среды с двумя приемными антеннами и клеммами для подключения фазометра. 2 с,п.ф-лы, 4 ил., 1 табл.

«-360° - -г-- ЗбО°С-т.. (9)

/;...

ОТ

О

-350- т

0°

fb - 360° J - 360°

- Я/2 pv -

360°

02} -180° (13)

до fr 360° 180° (14)

Из этого следует, что для получения одного цикла изменения фазового сдвига необходимо обеспечить расстояние между антеннами 5 и б, равное Я /2. В этом случае при перемещении передающей антенны 2 от приемной антенны 5 к антенне б А будет принимать значения от - Я /2 до Я /2.

Определим линию установки излучающей антенны 2 при выполнении измерений. Для этого рассмотрим фиг.4. Пусть сигнал излучается антенной 2 в точке В, Он принимается антеннами 5 и б в точках А и С. Разность пройденных путей

Д 1 С В I -I AB I

- vfc-Xb +Cd-Yb )2 - (а-Хь)2+(Ь-УьТ (15)

Точки А (а, Ь) и С (с, d) расположены на расстоянии не менее Я /2 друг от друга. Для удобства математических выкладок расположим координатные оси так, чтобы точки А и С имели координаты А (а, 0); С (с, 0), причем а :Ј - Я /4, с Я /4 и а - с. Таким образом, b 0; d 0, а - Я/4, с Я/4. Подставив эти значения в (15), получим;

д V( с - х7)2 + Y - V (с + хъ )2 + Yff

(16)

Это уравнение позволяет получить семейство эквифазных линий 8-12 (фиг.2) и 13-17 (фиг.З) таких, что разность пути Д от каждой точки любой из этих линий до точек А и С равна константе. Причём на фиг.2 антенна 2 перемещается в пределах одного квадранта. Поэтому расстояние между приемными антеннами 5 и б выбирается не менее Я. На фиг.З антенна 2 перемещается в пределах двух квадрантов. Поэтому расстояние между антеннами 5 и б - не менее Я/2. Если координаты передающей антенны 2 изменять так. чтобы она располагалась последовательно на линиях от 8 до 12 и далее до положения точки 5 на фиг.2 или от положения точки 6 по линиям 13-17 до положения точки 5 на фиг.З, то разность хода Д будет принимать значения в первом случае от 0 до Я , а во втором от - Я /2 до Я /2 .

это соответствует фазовым сдвигам от 0° до 360° и от-180° до 180°.

Рассмотрим фиг.2. Если антенна 2 расположена на линии 8, то Д 0 и фазовый 5 сдвиг равен значению (11). По мере увеличения Д, т.е. по мере перехода антенны 2 от линии 8 к линии 9 и далее к 12. фазовый сдвиг увеличивается. И когда антенна 2 достигает точки 5, Д становится равной Я и

0 фазовый сдвиг будет равным значению (12). Таким образом, пройдя по любой траектории, соединяющей линию 8с точкой 5, можно получить фазовые сдвиги от 0° до 360°, Рассмотрим фиг.З. Если антенна 2 рас5 положена в точке 6, то и фазовый сдвиг равен значению (13). По мере перехода передающей антенны от точки б к линиям 13-15 фазовый сдвиг будет уменьшаться и на линии 15 будет иметь значение (11). При

0 дальнейшем переходе от линии 15 к линиям 16, 17 и далее к точке 5 фазовый сдвиг будет нарастать и в точке 5 примет вид (14), Таким образом, пройдя по любой траектории, соединяющей точки 5 и 6, можно получить фа5 зовые сдвиги от- 180° до 180°.

Точки пересечения траектории движения антенны 2 с эквифазными линиями будут задавать фазовые сдвиги, определенные этими линиями.

0 Рассмотрим численный пример, который показывает порядок значения частоты сигнала, перемещения антенны 2 и точности задания фазового сдвига на данной частоте, получаемые при использовании описывае5 мого способа.

Для этого выберем траекторию движения излучающей антенны 2 в виде кратчайшего расстояния между точками 5 и 6 на фиг.З. При этом Y 0 и, как следует из (16),

0

A V(C-Xb)2+Yr-v (C+Xb)2H-Yg

С - Хь - С - Хь - 2Хь

45Д

Отсюда Хь - -j

(17)

Формула (17) определяет координату передающей антенны 2 в зависимости от значения разности хода сигналов Д. Представим элементарное перемещение (шаг) антенны 2, соответствующее р Т° фазового сдвига на данной частоте, через 1 х. Тогда из (17) с учетом(9) вытекает, что

1к Я/720,

(18)

где к - шаг при кратчайшей траектории движения передающей антенны 2.

Данные расчета по формуле (18) приведены в таблице.

Полученные значения 1« даже для наибольшей расчетной частоты достижимы при использовании микрометра серийного про- изводства для точной установки передающей антенны 2.

Результаты по частотному диапазону и точности задания фазового сдвига можно еще более улучшить, если передвигать ан- тенну 2 не по кратчайшему пути, а по траектории, имеющей большую (например, в десять раз) длину (см. строчка 4 таблицы). Это позволит соответственно увеличить длину шага антенны 2 и тем самым допол- нительно улучшить характеристики устройства при одновременном ослаблений требований к точности установки антенны 2.

Изменяя координаты передающей антенны 2 относительно разнесенных непод- вижных приемных антенн 5 и б, изменяем соотношение расстояний от передающей антенны 2 к каждой из приемных, При условии, что изменение этих расстояний соизмеримо с длиной волны сигнала, можем изменением координат передающей антенны 2 изменять фазовый сдвиг между сигналами в пределах от 0° до 360° на входах приемных антенн 5 и 6. Благодаря этому такое устройство обеспечивает высокую точность задания фазового сдвига в широком диапазоне на высоких и сверхвысоких частотах без применения образцового фазовращателя.

Ф о р му л а и з о б р е т е н и я

сигнала, разветвлении его на два сигнала, изменении фазового сдвига между разветвленными сигналами на известное значение, измерении фазового сдвига между разветвленными сигналами фазометром и определении фазовой характеристики фазометра по разности его показаний и известного значения фазового сдвига, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения частотного диапазона измерения характеристик, фазовый сдвиг между разветвленными сигналами изменяют на известное значение одновременным изменением начальных фаз разветвленных сигналов путем синхронного изменения их временных задержек.

V

15

C(e.t)